JPS6140937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明を金属酸化物半導体よりなるガス検知素
子を用いたガス漏れ警報装置に関するものであ
り、その目的とするところはメタン、ブタンのよ
うな検知すべき可燃性ガス（以下検知ガスを略称
する）以外のガス（アルコール蒸気、水蒸気）に
よる誤動作のないガス漏れ警報装置を提供するこ
とにある。 一般に、金属酸化物半導体（SnO₂、ZnO、
Fe₂O₃など）は表面を加熱した状態で可燃性ガス
に接触すると敏感な抵抗変化を起こすことが知ら
れている。従来、この原理を応用して微量の可燃
性ガス（たとえばLPG、都市ガス等）の漏れを検
出するガス検知素子が実用化されており、このガ
ス検知素子を用いたガス漏れ警報装置が市販され
ている。しかしながらこの種のガス漏れ警報装置
にあつては検知ガス（LPGの主成分であるプロパ
ン（但し規程上イソブタンで検査することになつ
ている）および都市ガスの主成分である水素、天
然ガスの主成分メタン）のガス検出感度を大きく
すると、検知ガス以外のガス（水蒸気およびアル
コール蒸気）に対するガス検出感度も大きくなつ
て湯の沸騰時に発生する水蒸気や酒燗時に発生す
るアルコール蒸気にてガス漏れ警報装置が作動
し、誤報が発生するという問題があつた。本発明
は上記の点に鑑みて為されたものでる。 以下実施例について図を用いて説明する。第１
図は本発明に係るガス漏れ警報装置の回路図を示
すもので、１ａ，１ｂはそれぞれ加熱された状態
で可燃性ガスが接触することにより抵抗値が変化
する金属酸化物半導体（SnO₂、ZnO、Fe₂O₃な
ど）よりなるガス検知素子であり、両ガス検知素
子１ａ，１ｂはそれぞれヒータ２ａ，２ｂにて加
熱されるようになつており、素子加熱温度は定電
圧電源回路よりなるヒータ制御回路３ａ，３ｂに
て所定温度にコントロールされている。主ガス検
知素子１ａはブタン、水素、メタンなどの検知ガ
スに対するガス検出感度が大きくなるように高温
に加熱されており、副ガス検知素子１ｂは検知ガ
ス以外のガスすなわち水蒸気およびアルコール蒸
気のガス検出感度が大きく、かつ検知ガスのガス
検出感度が小さくなるように低温に加熱されてい
る。第２図はガス検知素子１ａ，１ｂの素子加熱
温度Ｔに対するガス検出感度（抵抗値変化率△
Ｒ）を示すもので、図から明らかなようにガス検
知素子１ａの素子加熱温度をT₂ガス検知素子１
ｂの素子加熱温度をT₁とすればガス検知素子１
ａはブタンおよびメタンに対して対して高いガス
検出感度（大きな抵抗変化率）を有することにな
り、ガス検知素子１ｂは水蒸気すなわち湿度およ
びアルコール蒸気に対して高いガス検出感度を有
することになる。この場合、ガス検知素子１ａは
水蒸気およびアルコール蒸気に対してもある程度
の検出感度を有しており、高湿度あるいは高濃度
のアルコール蒸気雰囲気になつた場合、ガス検知
素子１ａの抵抗が大きく変化することになり、実
質的に全ての可燃性ガスに対して感応するもので
ある。４ａ，４ｂはオペアンプOa，Obおよびト
ランジスタQ₁a，Q₁bよりなる比較回路であり、
電源回路５から出力される電源電圧Vcを負荷抵
抗R₁a，R₁bを介してガス検知素子１ａ，１ｂに
印加することにより、ガス検知素子１ａ，１ｂに
抵抗変化を電圧変化に変換したガス検知出力とし
てオペアンプOa，Obのプラス入力端子に入力す
るようになつており、オペアンプＯ_a，Ｏ_bのマイ
ナス入力端子には抵抗R₂a，R₄aおよび可変抵抗
R₁a、抵抗R₂b，R₄bおよび可変抵抗R₃bにて電源
電圧Vcを分圧する基準電圧発生回路７ａ，７ｂ
から出力される基準電圧V₀a，V₀bが印加されて
いる。比較回路４ａの出力とインバータ回路８に
て反転した比較回路４ｂの出力はゲート回路８を
構成するアンド回路Ａに入力され、アンド回路Ａ
の出力にて警報手段１０が制御されており、アン
ド回路Ａの出力がＨレベルのとき電子ブザーＢの
駆動用トランジスタQ₂が導通して電子ブザーＢ
が鳴動する。図中ACは商用電源、Trは降圧トラ
ンス、R₅a，R₅bはヒータ制御回路３ａ，３ｂの
出力電圧を制御する可変抵抗、LDは発光ダイオ
ードである。 いまガス漏れが発生してガス検知素子１ａ，１
ｂにブタンあるいはメタンが接触した場合、ガス
検知素子１ａの抵抗が低くなり、オペアンプのプ
ラス端子に印加される電圧（ガス検知出力）がオ
ペアンプOaのマイナス端子に印加されている基
準電圧V₀aよりも高くなつた時点で比較回路４ａ
の出力がＨレベルとなる。一方ガス検知素子１ｂ
はブタンあるいはメタンに対するガス検出感度が
殆んど０であり、ガス検知素子１ｂの抵抗は変化
せず、比較回路４ｂの出力はＬレベルでなる。し
たがつてインバータ回路８の出力はＨレベルとな
り、アンド回路Ａの入力はいずれもＨレベルとな
つてアンド回路ＡからＨレベルが出力され、トラ
ンジスタQ₂が導通して電子ブザーＢが鳴動し、
ガス漏れ発生を報知する。 次に、水蒸気あるいはアルコール蒸気が発生
し、ガス検知素子１ａ，１ｂに高濃度のアルコー
ル蒸気あるいは水蒸気が接触した場合、ガス検知
素子１ａの抵抗が低くなり、比較回路４ａの出力
がＨレベルとなる。しかしながらこのときガス検
知素子１ｂの抵抗が低くなつて比較回路４ｂの出
力がＨレベルになり、インバータ回路８の出力が
Ｌレベルになるので、アンド回路Ａの出力がＬレ
ベルになつて警報手段１０の電子ブザーＢは駆動
されない。したがつてアルコール蒸気あるいは水
蒸気によりガス漏れ警報が誤まつて発せられるこ
とはない。 第３図は他の実施例を示すもので、比較回路４
ｂの出力にて制御されるリレーRyの接点ｒにて
ゲート回路９を構成し、そのゲート回路９を介し
て比較回路４ａの出力を電子ブザー駆動用トラン
ジスタのベースに接続し、警報手段１０を制御す
るものであり、比較回路４ｂの出力がＨレベルの
とき接点ｒが開成するようになつている。 以上の実施例は同一の金属酸化物半導体を用い
たガス検知素子１ａ，１ｂの素子加熱温度を異な
つた値に設定して各ガス検知素子１ａ，１ｂのガ
ス検知特性を異なつたものとしているが、それぞ
れ異種の金属酸化物半導体にて各ガス検知素子１
ａ，１ｂを形成して所望のガス検知特性を有する
ようにしても良いものであり、以下その実施例に
おいて説明する。 ガス検知素子１ｂはアルコール蒸気および水蒸
気に対して大きな抵抗変化を示し、ブタンおよメ
タンに対して抵抗変化を示さないかあるいは小さ
いものが望ましい。このようなガス検知特性を有
する金属酸化物半導体として100〜80重量％酸化
銅（Cu₂O、CuO）と０〜20重量％の酸化パラジ
ウム（PdO）とよりなるものがある。酸化銅はＰ
型半導体であつて、アルコール蒸気が接触するこ
とにより抵抗値が大巾に増大し、アルコール蒸気
に対するガス検出感度が高いものであり、かつメ
タンに対してはガス検出感度が殆んどなく、イソ
ブタンに対してはガス検出感度が低いものであ
る。したがつて酸化パラジウムを添加した酸化銅
はガス検知素子１ｂとして要求されるガス検知特
性を満足している。 第４図は酸化銅を主成分とするガス検知素子１
ｂの製造工程を示すものであり、混合工程では
主成分の酸化銅と添加物（酸化パラジウム）とを
合計１ｇ秤量したものを擂潰機にて30分間混合す
る。成形工程では混合されたものを小型プレス
機を用いて圧力２ton/cm²で２mmφの円柱状に成形
しての素子を形成する。このとき各素子には２本
の白金線電極が同時に埋設され、素子重量は15mg
となる。このようにして成形されたものは焼成工
程にて空気中で焼成（700℃、３時間）されマ
ウント工程で加熱用ヒータを備えた端子台に白
金線電極を溶接して所定の形状のガス検知素子１
ｂを作製する。なお素子形状は上述の実施例に限
定されるものではなく、焼結体・厚膜・薄膜にて
いかなる形状にしても良い。 このようにして作製された酸化パラジウムの添
加量の異なるガス検知素子１ｂのガス検出感度の
測定結果は表１のようになつており、サンプル５
を除いて検知ガスに対するガス検出感度よりもア
ルコール蒸気に対するガス検出感度が大巾に大き
くなつている。但し、ガス検出感度の測定は0.1
％濃度のメタン・イソブタン・アルコール蒸気雰
囲気中における抵抗値Rgを測定し、この抵抗値
（Rgの精製空気中での抵抗値R₀に対する変化率
（Rg−R₀）／R₀）を測定したものであり、素子加熱
温度は加熱用ヒータに印加される電圧を調整して
素子温度が450℃（ガス検出感度が最も良い）に
なるように設定した。

【表】 第５図ａ，ｂは上述のガス検知素子１ｂと酸化
インジウムのようなＮ型金属酸化物半導体よりな
るガス検知素子１ａとを用いてガス漏れ警報装置
を構成（第１図の回路構成においてオペアンプ
obの＋入力と−入力を入れ替えたもの）した場
合におけるガス検知出力の変化を示すもので、ガ
ス検知素子１ｂのガス検知出力Vgbは第５図ａに
示すようになつており、メタン・ブタンなどの検
知ガスの濃度が大きくなつてもガス検知出力Vgb
は基準電圧V₀b以下になることはなく、またアル
コール蒸気に対しては0.2％のガス濃度で基準電
圧V₀b以下となつて比較回路４ｂの出力がＨレベ
ルとなる。したがつてガス検知素子１ａのガス検
知出力Vgbがメタン・ブタンおよびアルコール蒸
気に対して第５図ｂに示すように変化し、ガス検
知出力Vgaが基準電圧V₀a以上となつて比較回路
４ａ出力がＨレベルとなつても、アルコール蒸気
の場合は前述の様に比較回路４ｂの出力がＨレベ
ルでありインバータ８によつてＬレベルとなるた
めアンド回路９の出力はＬレベルとなり電子ブザ
ーＢは作動しない。しかし、メタン・ブタンガス
の場合は比較回路４ｂの出力が常にＬレベルであ
り、インバータ８によつてＨレベルとなるため、
アンド回路９の出力はＨレベルとなり電子ブザー
Ｂが作動する。 次に、酸化インジウム（In₂O₃）よりなるガス検
知素子１ｂおよび10〜0.01重量％の酸化パラジウ
ム（Pd）と90〜99.99重量％の酸化インジウムよ
りなるガス検知素子１ａを用いたさらに他の実施
例について説明する。第６図ａは酸化インジウム
よりなるガス検知素子１ｂの素子加熱温度Ｔに対
するガス検出感度を示すものであり、図から明ら
かなように検知ガスに対するガス検出感度は素子
加熱温度が低くなるに従つて低下し、素子加熱温
度が250℃において殆んど０となる。したがつて
素子加熱温度を250℃に設定することにより、検
知ガスに対して感応しないことになり、ガス検知
素子１ｂに要求される条件を満足する。第６図ｂ
は酸化パラジウムを添加した酸化インジウムより
なるガス検知素子１ａのガス検知感度を示すもの
で、素子加熱温度を450℃とすることによりメタ
ン・イソブタンの両ガスに対するガス検知感度を
いずれも大きくすることができ、LPGおよび都市
ガスのいずれのガス漏れに対してもも高感度なガ
ス漏れ警報装置が得られる。 本発明は上述のように構成されており、主ガス
検知素子と同一場所に非検知対象ガス（検知すべ
き可燃性ガス以外のガス）に感応する副ガス検知
素子を並設するとともに、両ガス検知素子出力の
電圧レベルと判定する第１、第２の比較回路と、
両比較回路から出力されるガス検知出力に基いて
警報手段を選択的に動作させるゲート回路とを設
け、検知対象ガスのガス検知出力が第１の比較回
路から得られ、かつ非検知対象ガスのガス検知出
力が第２の比較回路から得られていないときのみ
警報手段を動作させているので、多種類の可燃性
ガスを検知できる主ガス検知素子を用いたために
非検知対象ガスに対して主ガス検知素子が感応し
てしまう場合にあつても、非検知対象ガスにより
警報手段が動作することがなく、非検知対象ガス
による誤報が少ないガス漏れ警報装置が得られる
という効果がある。つまり、メタンあるいはブタ
ンのような可燃性ガスをそれぞれ単独で検知する
ようにした場合には、アルコール、水蒸気などの
非検知対象ガスによる誤報を防止することは比較
的容易にできるが、両可燃性ガスを検知対象ガス
とした場合にはどうしても非検知対象ガスに対し
ても感応してしまうことになり、誤報が発生する
という問題がある。そこで、本発明にあつては、
このような問題を解決するために非検知対象ガス
に感応する副ガス検知素子を設けて非検知対象ガ
スを別個に検出し、この非検知対象ガスが検知さ
れている場合には、主ガス検知素子出力に基いた
ガス検知出力が得られても、警報手段を動作させ
ないようにして誤動作の防止を図つているわけで
あり、誤警報が発生し難いガス警報装置が得られ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例を示す回路図、第２図
は同上の動作説明図、第３図は他の実施例のブロ
ツク回路図、第４図はガス検知素子の製造工程を
示す図、第５図ａ，ｂはさらに他の実施例の動作
説明図、第６図ａ，ｂはさらに他の実施例の動作
説明図である。 １ａ，１ｂはガス検知素子、４ａ，４ｂは比較
回路、９はゲート回路、１０は警報手段である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 加熱された状態で可燃性ガスが接触すること
   により抵抗値が変化する金属酸化物半導体よりな
   るガス検知素子の抵抗値が予め設定された値にな
   つてガス検知出力が得られたとき警報手段を動作
   させるようにしたガス漏れ警報装置において、ガ
   ス検知特性の異なる主ガス検知素子と副ガス検知
   素子を同一場所に配設し、メタン、ブタンのよう
   な検出すべき可燃性ガスに感応する主ガス検知素
   子の抵抗変化に基く電圧を入力とする第１の比較
   回路からガス検知出力が得られ、かつアルコール
   蒸気、水蒸気のような検知すべき可燃性ガス以外
   のガスに感応する副ガス検知素子の抵抗変化に基
   く電圧を入力とする第２の比較回路からガス検知
   出力が得られていないときのみ警報手段を動作さ
   せるゲート回路を設けたことを特徴とするガス漏
   れ警報装置。 ２ 同一の金属酸化物半導体よりなる２個のガス
   検知素子の素子加熱温度をそれぞれ異なつた値に
   設定してガス検知特性の異なる主ガス検知素子お
   よび副ガス検知素子を構成したことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のガス漏れ警報装置。 ３ 副ガス検知素子を酸化銅に20重量％以下の酸
   化パラジウムを添加した金属酸化物半導体にて形
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のガス漏れ警報装置。 ４ 酸化インジウムよりなる副ガス検知素子を
   200℃乃至250℃に加熱するとともに10〜0.01重量
   ％の酸化パラジウムを添加した酸化インジウムよ
   りなる主ガス検知素子を350℃乃至450℃に加熱し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   ガス漏れ警報装置。